(57)【要約】【課題】  発電システムの調整等を十分に行うことができる模擬燃料電池を提供する。【解決手段】  反応ガスを導入する反応ガス導入路１８ａ，１８ｂと、燃料電池が発電によって消費する前記反応ガスの量に相当する量の当該反応ガスを流通させる仮想消費ガス流路１９ａ，１９ｂと、仮想消費ガスを差し引いた残余の当該反応ガスを流通させる仮想未反応ガス流路２０ａ，２０ｂと、前記反応ガスを前記仮想消費ガス流路１９ａ，１９ｂ及び前記仮想未反応ガス流路２０ａ，２０ｂに振り分ける反応ガス分流手段２６ａ，２６ｂと、燃料電池が発電したときに生成する水の量に相当する量の水を前記仮想未反応ガス流路２０ａ，２０ｂに投入する生成水投入手段２１ａ，２１ｂと備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池での発電に使用される反応ガスを流通させて燃料電池の性能を模擬するための模擬燃料電池において、
前記反応ガスを導入する反応ガス導入路と、
前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスのうち、燃料電池が発電によって消費する前記反応ガスの量に相当する量の当該反応ガスを仮想消費ガスとして流通させる仮想消費ガス流路と、
前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスのうち、前記仮想消費ガスを差し引いた残余の当該反応ガスを仮想未反応ガスとして流通させる仮想未反応ガス流路と、
前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスを前記仮想消費ガス流路及び前記仮想未反応ガス流路に振り分ける反応ガス分流手段と、
燃料電池が発電したときに生成する水の量に相当する量の水を仮想生成水として前記仮想未反応ガス流路に投入する生成水投入手段と、
前記仮想未反応ガス流路に配設されて前記仮想未反応ガスの温度を調整する温度調整手段とを備えることを特徴とする模擬燃料電池。
【請求項２】
燃料電池に発電させる要求電流量に基づいて前記仮想消費ガスの量を算出する消費ガス量算出部と、
算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて算出された前記未反応反応ガスの量に基づいて、前記仮想未反応ガス流路の圧損を算出する未反応ガス圧損算出部と、
算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて、前記仮想生成水の量を算出する生成水量算出部と、
算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて、発電による熱量に相当する仮想発生熱量を算出する発生熱量算出部とを有する制御装置を備えるとともに、
当該制御装置は、前記消費ガス量算出部及び前記未反応ガス圧損算出部が算出した前記仮想消費ガスの量、及び前記仮想未反応ガス流路の圧損に基づいて、前記仮想消費ガスの流量、及び前記仮想未反応ガス流路の圧損を調節するように前記反応ガス分流手段を制御し、
当該制御装置は、前記生成水量算出部が算出した前記仮想生成水の量に基づいて、その量の水が前記仮想未反応ガス流路に投入されるように前記生成水投入手段を制御し、
当該制御装置は、前記発生熱量算出部が算出した前記仮想発生熱量に基づいて、その熱量分の熱が前記仮想未反応ガスに加えられるように前記温度調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の模擬燃料電池。
【請求項３】
燃料電池での反応ガスのクロスリーク量に相当する量の反応ガスを、前記仮想未反応ガス流路に投入するクロスリーク投入手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の模擬燃料電池。
【請求項４】
燃料電池から排出される反応ガスに前記燃料電池の電解質膜から移行する水蒸気の量に相当する量の水蒸気を、前記仮想未反応ガス流路に投入する仮想未反応ガス加湿手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の模擬燃料電池。
【請求項５】
冷媒を流通させる冷媒流路と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の模擬燃料電池。
【請求項６】
燃料電池が放出し、そして受け取った熱量を収支した熱量を算出する伝達熱量算出部を有する制御装置を備えるとともに、
前記制御装置は、収支した前記熱量に基づいて、前記冷媒の温度を調整するように前記冷媒温度調整手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の模擬燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池が組み込まれる発電システムの調整等を行う際に、燃料電池の替わりに発電システムに組み込んで使用される模擬燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンでエネルギ効率の優れた電力源として、燃料電池が注目されている。例えば、固体高分子型燃料電池は、プロトン導電性の固体高分子からなる電解質膜をアノードとカソードとで挟み込んだ構造を有しており、このアノード及びカソードに供給された反応ガス（水素ガス及び酸素ガス）が電気化学反応することによって発電する一種の発電機である。
【０００３】
昨今、燃料電池は電気自動車や発電プラントに使用されている。ところで、これら電気自動車や発電プラントに組み込まれている発電システムでは、その調整が不十分のまま試運転を行うと燃料電池が損傷するおそれがある。燃料電池は高価であることからその損傷は避けなければならない。一方、燃料電池が発電システムに組み込まれなければ発電システムの調整を行うことができないという問題がある。そこで、このような問題を解決するために、燃料電池の替わりに発電システムに組み込んで使用される模擬燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この模擬燃料電池は、図６に示すように、カソードヒータ１２２と、このカソードヒータ１２２に酸化剤ガス（酸素ガス）を供給し、そしてカソードヒータ１２２から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス流路１２１と、アノードヒータ１２３と、このアノードヒータ１２３に燃料ガス（改質ガス）を供給し、そしてアノードヒータ１２３から燃料ガスを排出するための燃料ガス流路１３１と、アノードヒータ１２３の上流側で燃料ガス流路１３１に水蒸気を供給する水蒸気供給路１３２と、アノードヒータ１２３の下流側で燃料ガス流路１３１から所定量の燃料ガスを抜き出す燃料ガス排出路１３４とを備えている。
【０００５】
この模擬燃料電池は、燃料ガスとして改質ガスが使用される高温型の燃料電池を模擬したものであり、この模擬燃料電池が発電システムに組み込まれた際に、アノードヒータ１２３には、燃料ガスと改質に使用される水の量に相当する量の水蒸気とが、燃料ガス流路１３１及び水蒸気供給路１３２を通じて供給されるようになっている。また、カソードヒータ１２２には、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路１２１を通じて供給されるようになっている。
【０００６】
燃料ガス排出路１３４を通じて抜き出される燃料ガスは、燃料電池が発電した際に消費される燃料ガスに相当するものである。また、カソードヒータ１２２及びアノードヒータ１２３のそれぞれのヒータ部１２２ａ及びヒータ部１２３ａは、改質ガスを生成する際の熱量及び燃料電池が発電する際の熱量に相当する熱量を発生させるようになっている。
【０００７】
このような模擬燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとが反応しないため、実際には発電が行われないが、燃料電池における酸化剤ガス、燃料ガス、熱量等の収支が模擬されるようになっている。したがって、このような模擬燃料電池によれば、燃料電池を使用しなくとも発電システムの調整を行うことができる。
【特許文献１】特開平５−１２９０３０号公報（段落００１２〜段落００２３、図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池が組み込まれた実際の発電システムでは、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって生成する水の量の調整が、発電システムの発電効率を決定するうえで重要となる。しかしながら、従来の模擬燃料電池では、燃料電池における生成水の量の収支に係る模擬ができないため、燃料電池が組み込まれる発電システムの調整や諸性能の試験を十分に行うことができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、発電システムの調整等を十分に行うことができる模擬燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池での発電に使用される反応ガスを流通させて燃料電池の性能を模擬するための模擬燃料電池において、前記反応ガスを導入する反応ガス導入路と、前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスのうち、燃料電池が発電によって消費する前記反応ガスの量に相当する量の当該反応ガスを仮想消費ガスとして流通させる仮想消費ガス流路と、前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスのうち、前記仮想消費ガスを差し引いた残余の当該反応ガスを仮想未反応ガスとして流通させる仮想未反応ガス流路と、前記反応ガス導入路に流通する前記反応ガスを前記仮想消費ガス流路及び前記仮想未反応ガス流路に振り分ける反応ガス分流手段と、燃料電池が発電したときに生成する水の量に相当する量の水を仮想生成水として前記仮想未反応ガス流路に投入する生成水投入手段と、前記仮想未反応ガス流路に配設されて前記仮想未反応ガスの温度を調整する温度調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この模擬燃料電池では、燃料電池が発電した際に消費される反応ガスの量に相当する量の反応ガスが反応ガス分流手段によって分流される。したがって、この分流された反応ガスが模擬燃料電池から排出されれば、模擬燃料電池では、あたかも発電によって反応ガスが消費されたかのように燃料電池が模擬される。
【００１２】
また、この模擬燃料電池では、生成水投入手段によって、燃料電池が発電したときに生成する水の量に相当する量の水が仮想生成水として前記仮想未反応ガス流路に投入される。したがって、この模擬燃料電池では、あたかも燃料電池内で反応ガスが反応して生起したかのように仮想生成水が加えられて燃料電池が模擬される。
【００１３】
また、この模擬燃料電池では、温度調整手段が仮想未反応ガスの温度を調整する。したがって、この模擬燃料電池では、あたかも燃料電池内で反応ガスが反応して生起した反応熱等が加えられたかのように仮想発生熱が加えられて燃料電池が模擬される。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の模擬燃料電池において、燃料電池に発電させる要求電流量に基づいて前記仮想消費ガスの量を算出する消費ガス量算出部と、算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて算出された前記未反応反応ガスの量に基づいて、前記仮想未反応ガス流路の圧損を算出する未反応ガス圧損算出部と、算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて、前記仮想生成水の量を算出する生成水量算出部と、算出された当該仮想消費ガスの量に基づいて、発電による熱量に相当する仮想発生熱量を算出する発生熱量算出部とを有する制御装置を備えるとともに、当該制御装置は、前記消費ガス量算出部及び前記未反応ガス圧損算出部が算出した前記仮想消費ガスの量、及び前記仮想未反応ガス流路の圧損に基づいて、前記仮想消費ガスの流量、及び前記仮想未反応ガス流路の圧損を調節するように前記反応ガス分流手段を制御し、当該制御装置は、前記生成水量算出部が算出した前記仮想生成水の量に基づいて、その量の水が前記仮想未反応ガス流路に投入されるように前記生成水投入手段を制御し、当該制御装置は、前記発生熱量算出部が算出した前記仮想発生熱量に基づいて、その熱量分の熱が前記仮想未反応ガスに加えられるように前記温度調整手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
この模擬燃料電池では、制御装置によって、仮想消費ガスの流量、仮想未反応ガスの流量、仮想未反応ガス流路に投入される水の量、及び仮想未反応ガスに加えられる仮想発生熱量が調節される。
【００１６】
このような模擬燃料電池は、燃料電池でクロスリークする反応ガスのクロスリーク量を模擬するものであってもよい。
【００１７】
すなわち、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載された模擬燃料電池において、燃料電池での反応ガスのクロスリーク量に相当する量の反応ガスを、前記仮想未反応ガス流路に投入するクロスリーク投入手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の模擬燃料電池において、燃料電池から排出される反応ガスに前記燃料電池の電解質膜から移行する水蒸気の量に相当する量の水蒸気を、前記仮想未反応ガス流路に投入する仮想未反応ガス加湿手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
周知のとおり、燃料電池の電解質膜は湿潤しており、燃料電池から排出される反応ガス（未反応ガス）には、この電解質膜から水蒸気が移行する。この模擬燃料電池では、電解質膜から反応ガスに移行する水蒸気の量が模擬される。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された模擬燃料電池において、冷媒を流通させる冷媒流路と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載された模擬燃料電池において、燃料電池が放出し、そして受け取った熱量を収支した熱量を算出する伝達熱量算出部を有する制御装置を備えるとともに、前記制御装置は、収支した前記熱量に基づいて、前記冷媒の温度を調整するように前記冷媒温度調整手段を制御することを特徴とする。
【００２２】
このような模擬燃料電池によれば、冷媒に、あたかも燃料電池内で冷媒が流通したかのように熱量が加えられて燃料電池が模擬される。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の模擬燃料電池によれば、燃料電池における生成水の量の収支に係る模擬を行うことができるため、特に固体高分子型燃料電池が組み込まれる発電システムの調整を十分に行うことができる。また、この模擬燃料電池によれば、燃料電池の通常の運転条件とは異なる条件での発電システムの運転試験が可能となる。
【００２４】
請求項２に記載の模擬燃料電池によれば、制御装置によって、仮想消費ガスの流量、仮想未反応ガスの流量、仮想未反応ガス流路に投入される水の量、及び仮想未反応ガスに加えられる仮想発生熱量が調節されるので、精度よく燃料電池を模擬することができる。
【００２５】
請求項３に記載の模擬燃料電池によれば、クロスリーク量を加えることによって、より正確に燃料電池を模擬することができる。
【００２６】
請求項４に記載の模擬燃料電池によれば、燃料電池において電解質膜から未反応ガスに移行する水蒸気の量に相当する量の水蒸気が、仮想未反応ガスに加えられるので、より正確に燃料電池を模擬することができる。
【００２７】
請求項５に記載の模擬燃料電池によれば、冷媒に、あたかも燃料電池内で冷媒が流通したかのように熱量が加えられるので、より正確に燃料電池を模擬することができる。
【００２８】
請求項６に記載の模擬燃料電池によれば、制御装置によって、冷媒の温度が調節されるので、精度よく燃料電池を模擬することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、燃料電池が組み込まれた発電システムの概略図、図２は、模擬燃料電池が組み込まれた発電システムの概略図、図３は、本実施の形態に係る模擬燃料電池の水素ガス供給系統、空気供給系統及び水供給系統の構成説明図、図４は、本実施の形態に係る模擬燃料電池の冷媒供給系統の構成説明図である。
【００３０】
まず、本実施の形態に係る模擬燃料電池の説明に先立って、燃料電池が組み込まれた発電システムについて説明する。図１に示すように、発電システムＳは、後記するように本実施の形態に係る模擬燃料電池１２０（図２参照）と置き換えられる燃料電池８０と、燃料電池８０に反応ガスである水素ガスを供給する水素ガス供給源７３と、燃料電池８０にもうひとつの反応ガスである空気を供給する空気供給源７５と、燃料電池８０に供給する水素ガスを循環させるエゼクタ７４及び循環流路７７とを備えている。そして、燃料電池８０は、固体高分子電解質膜８０ｃと、この固体高分子電解質膜８０ｃを挟み込むアノード８０ａ及びカソード８０ｂとで構成されており、これらアノード８０ａ及びカソード８０ｂは、導線７６で電気的に接続されている。なお、燃料電池８０に供給される水素ガス及び空気は、図示しない加湿器によって加湿されている。
【００３１】
このような発電システムＳでは、水素ガス供給源７３から燃料電池８０に供給された水素ガスが、循環流路７７を通じてエゼクタ７４とアノード８０ａとの間で循環する。また、この発電システムＳでは、空気が空気供給源７５によってカソード８０ｂ側に供給される。そして、アノード８０ａで、水素ガス（Ｈ2）が電子（ｅ-）を放出して水素イオン（Ｈ+）になるとともに、カソード８０ｂで、空気供給源７５によって供給された空気中の酸素ガス（Ｏ2）が、アノード８０ａから固体高分子電解質膜８０ｃを介してカソード８０ｂに移行した前記水素イオン（Ｈ+）と反応する際に、アノード８０ａ及びカソード８０ｂの間には電位差が生じる。その結果、この発電システムでは、導線７６に電流が生起する。また、カソード８０ｂには、酸素ガス（Ｏ2）と水素イオン（Ｈ+）とが反応することによって、水（Ｈ2Ｏ）が生成するとともに、反応熱（Ｑ）が生成する。この水（以下、「生成水」という）は、未反応の空気とともに燃料電池８０から排出される。
【００３２】
また、生成水は、カソード８０ｂからアノード８０ａ側に向けて逆拡散することによって未反応の水素ガスとともに燃料電池８０から排出される。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る模擬燃料電池について説明する。図２に示すように、模擬燃料電池１２０は、発電システムＳの燃料電池８０（図１参照）の替わりに置き換えられて発電システムＳで使用されるものである。この模擬燃料電池１２０では、水素ガスと空気とが反応しないため、実際には発電が行われないが、燃料電池８０（図１参照）における水素ガス、空気、生成水、反応熱等の収支が模擬されるようになっている。
【００３４】
模擬燃料電池１２０は、模擬燃料電池本体１１０と、この模擬燃料電池本体１１０を制御する制御装置１００とを備えている。
【００３５】
模擬燃料電池本体１１０は、水素ガス流路１８ａと、空気流路１８ｂと、仮想消費水素ガス流路１９ａと、仮想消費空気流路１９ｂと、仮想未反応水素ガス流路２０ａと、仮想未反応空気流路２０ｂと、生成水流路２１ａと、生成水流路２１ｂと、水素ガス分流手段２６ａと、空気分流手段２６ｂと、温度調整器１０と、温度調整器４０とを備えている。なお、水素ガス流路１８ａ及び空気流路１８ｂは、特許請求の範囲にいう「反応ガス導入路」に相当し、仮想消費水素ガス流路１９ａ及び仮想消費空気流路１９ｂは、特許請求の範囲にいう「仮想消費ガス流路」に相当し、仮想未反応水素ガス流路２０ａ及び仮想未反応空気流路２０ｂは、特許請求の範囲にいう「仮想未反応ガス流路」に相当し、生成水流路２１ａ及び生成水流路２１ｂは、特許請求の範囲にいう「生成水投入手段」に相当し、水素ガス分流手段２６ａ及び空気分流手段２６ｂは、特許請求の範囲にいう「反応ガス分流手段」に相当し、温度調整器１０及び温度調整器４０は、特許請求の範囲にいう「温度調整手段」に相当する。
【００３６】
この模擬燃料電池本体１１０は、図２に示すように、発電システムＳの燃料電池８０（図１参照）と置き換えられる際に、エゼクタ７４からの水素ガスが水素ガス流路１８ａに流れ込むように、そして、仮想未反応水素ガス流路２０ａが循環流路７７と接続されるように発電システムＳに組み込まれる。また空気供給源７５から供給された空気が空気流路１８ｂに流れ込むように模擬燃料電池本体１１０は発電システムＳに組み込まれる。
【００３７】
水素ガス流路１８ａは、仮想消費水素ガス流路１９ａと仮想未反応水素ガス流路２０ａとに接続されており、水素ガス流路１８ａに流れ込んだ水素ガスは、水素ガス分流手段２６ａによって仮想消費水素ガス流路１９ａと仮想未反応水素ガス流路２０ａとに振り分けられるようになっている。
【００３８】
仮想消費水素ガス流路１９ａは、燃料電池８０（図１参照）が発電によって消費する水素ガスの量に相当する量の水素ガスを流通させるものである。この水素ガスは、特許請求の範囲にいう「仮想消費ガス」に相当し、以下、この水素ガスを「仮想消費水素ガス」という。この仮想消費水素ガスの仮想消費水素ガス流路１９ａへの振り分けは、水素ガス分流手段２６ａが後記するように制御装置１００で制御されることによって行われる。
【００３９】
仮想未反応水素ガス流路２０ａは、水素ガス流路１８ａに流れ込んだ水素ガスから前記仮想消費水素ガスの量を差し引いた残余の水素ガスを流通させるものである。この残余の水素ガスは、特許請求の範囲にいう「仮想未反応ガス」に相当し、以下、この水素ガスを「仮想未反応水素ガス」という。
【００４０】
生成水流路２１ａは、燃料電池８０（図１参照）が発電した際に、カソード８０ｂ（図１参照）からアノード８０ａ側（図１参照）に向けて逆拡散して水素ガスとともに燃料電池８０から排出される前記生成水の量に相当する量の水を仮想生成水として仮想未反応水素ガス流路２０ａ内に投入するものである。
【００４１】
空気流路１８ｂは、仮想消費空気流路１９ｂと仮想未反応空気流路２０ｂとに接続されており、空気流路１８ｂに流れ込んだ空気は、空気分流手段２６ｂによって仮想消費空気流路１９ｂと仮想未反応空気流路２０ｂとに振り分けられるようになっている。
【００４２】
仮想消費空気流路１９ｂは、燃料電池８０（図１参照）が発電によって消費する空気（酸素ガス）の量に相当する量の空気を流通させるものである。この空気は、特許請求の範囲にいう「仮想消費ガス」に相当し、以下、この空気を「仮想消費空気」という。この仮想消費空気の仮想消費空気流路１９ｂへの振り分けは、空気分流手段２６ｂが後記するように制御装置１００で制御されることによって行われる。
【００４３】
仮想未反応空気流路２０ｂは、空気流路１８ｂに流れ込んだ空気から前記仮想消費空気の量を差し引いた残余の空気を流通させるものである。この残余の空気は、特許請求の範囲にいう「仮想未反応ガス」に相当し、以下、この空気を「仮想未反応空気」という。
【００４４】
生成水流路２１ｂは、燃料電池８０（図１参照）が発電した際に、カソード８０ｂ（図１参照）で生成し、燃料電池８０から未反応の空気とともに排出される前記生成水の量に相当する量の水を仮想生成水として仮想未反応空気流路２０ｂ内に投入するものである。
【００４５】
温度調整器１０及び温度調整器４０は、燃料電池８０（図１参照）が発電した際に生起した反応熱（Ｑ）や生成した水の凝縮熱等に相当する量の熱量を、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流れる仮想未反応水素ガスと仮想未反応空気流路２０ｂを流れる仮想未反応空気とに加えるものである。
【００４６】
次に、図３及び図４を参照しながらさらに詳しく模擬燃料電池本体１１０の構成について説明する。図３に示すように、水素ガス供給源７３（図２参照）から水素ガスが導入される水素ガス供給系統は、前記したように水素ガス流路１８ａと、この水素ガス流路１８ａに接続される仮想消費水素ガス流路１９ａ及び仮想未反応水素ガス流路２０ａで構成されている。
【００４７】
水素ガス流路１８ａには、上流側から下流側に向かって、温度センサ２、圧力センサ３及び露点計４がこの順番に配設されている。
【００４８】
仮想消費水素ガス流路１９ａには、上流側から下流側に向かって、流量調整弁５及び流量計６がこの順番に配設されている。
【００４９】
仮想未反応水素ガス流路２０ａには、上流側から下流側に向かって、圧力調整弁８、流量計９、加湿器１１、露点計１７、温度調整器１０、温度センサ１４及び圧力センサ１５がこの順番に配設されている。なお、この仮想未反応水素ガス流路２０ａにおける圧力調整弁８と前記仮想消費水素ガス流路１９ａにおける流量調整弁５とは、前記水素ガス分流手段２６ａ（図２参照）を構成している。
【００５０】
また、空気供給源７５（図２参照）から空気が導入される空気供給系統は、前記したように空気流路１８ｂと、この空気流路１８ｂに接続される仮想消費空気流路１９ｂ及び仮想未反応空気流路２０ｂとで構成されている。
【００５１】
空気流路１８ｂには、上流側から下流側に向かって、温度センサ３２、圧力センサ３３及び露点計３４がこの順番に配設されている。
【００５２】
仮想消費空気流路１９ｂには、上流側から下流側に向かって、流量調整弁３５及び流量計３６がこの順番に配設されている。
【００５３】
仮想未反応空気流路２０ｂには、上流側から下流側に向かって、圧力調整弁３８、流量計３９、加湿器４１、露点計４７、温度調整器４０、温度センサ４４及び圧力センサ４５がこの順番に配設されている。なお、この仮想未反応空気流路２０ｂにおける圧力調整弁３８と前記仮想消費空気流路１９ｂにおける流量調整弁３５とは、前記空気分流手段２６ｂ（図２参照）を構成している。
【００５４】
また、この模擬燃料電池本体１１０は、前記した水素ガス供給系統及び空気供給系統のほかに水供給系統を備えている。この水供給系統は、生成水流路２１ａ、生成水流路２１ｂ、加湿器１１及び加湿器４１に水を供給するためのものである。この水供給系統は、図示しない水の供給源から補給量調整弁６２を介して輸送された水を貯蔵する貯蔵タンク６３と、この貯蔵タンク６３の水位を計測する水位計６０と、貯蔵タンク６３の水を生成水流路２１ａ、生成水流路２１ｂ、加湿器１１及び加湿器４１に送り込む送水ポンプ６４と、送水ポンプ６４で送り込む水を加熱する温度調整器６５と、送水ポンプ６４で送り込む水の温度を検出する温度センサ６６と、送水ポンプ６４で送り込む水の圧力を検出する圧力センサ６７とを備えている。また、この水供給系統では、加湿器１１及び加湿器４１に供給した水が貯蔵タンク６３に還流するようになっており、水が貯蔵タンク６３に還流する途中には、還流する水の流量を調節する流量調整弁６８が配設されている。
【００５５】
そして、このような水供給系統から水を供給される生成水流路２１ａには、上流側から下流側にむかって、流量計７１及び流量調整弁７２がこの順番で配設されている。また、水供給系統から水を供給される生成水流路２１ｂには、上流側から下流側にむかって、流量計８１及び流量調整弁８２がこの順番で配設されている。
【００５６】
また、この模擬燃料電池本体１１０は、図４に示すように、冷媒供給系統を備えている。この冷媒供給系統は、模擬燃料電池本体１１０に配設された冷媒流路９０を有しており、この冷媒流路９０には、冷媒である冷却水が流通するようになっている。そして、冷媒流路９０には、上流側から下流側に向かって、温度センサ９２、圧力センサ９３、圧力調整弁９４、流量計９５、温度調整器９６、温度センサ９７及び圧力センサ９８がこの順番で配設されている。なお、温度調整器９６は、特許請求の範囲にいう「冷媒温度調整手段」に相当する。
【００５７】
次に、制御装置１００について説明する。制御装置１００は、図３に示すように、水素ガス供給系統に配設された流量調整弁５、流量計６、圧力調整弁８及び流量計９、並びに空気供給系統に配設された流量調整弁３５、流量計３６、圧力調整弁３８及び流量計３９と電気的に接続されている。そして、制御装置１００は、流量計６、流量計９、流量計３６及び流量計３９が検出する流量の検出信号を受信するとともに、流量調整弁５、圧力調整弁８、流量調整弁３５及び圧力調整弁３８の開度を制御するようになっている。
【００５８】
また、制御装置１００は、生成水流路２１ａに配設された流量計７１及び流量調整弁７２、並びに生成水流路２１ｂに配設された流量計８１及び流量調整弁８２と電気的に接続されている。そして、制御装置１００は、流量計７１及び流量計８１が検出する流量の検出信号を受信するとともに、流量調整弁７２及び流量調整弁８２の開度を制御するようになっている。
【００５９】
また、制御装置１００は、水素ガス供給系統に配設された温度調整器１０と、空気供給系統に配設された温度調整器４０と電気的に接続されており、温度調整器１０及び温度調整器４０が発生する熱量を制御するようになっている。
【００６０】
また、制御装置１００は、図４に示すように、冷媒供給系統に配設された温度調整器９６と電気的に接続されており、温度調整器９６が発生する熱量を制御するようになっている。
【００６１】
また、制御装置１００は、図３に示すように、消費ガス量算出部１００ａと、未反応ガス量算出部１００ｂと、生成水量算出部１００ｃと、発生熱量算出部１００ｄとを備えるとともに、図４に示すように、伝達熱量算出部１００ｅを備えている。
【００６２】
消費ガス量算出部１００ａは、前記燃料電池８０（図１参照）に発電させる際の要求電流量に基づいて、燃料電池８０が発電する際に消費される反応ガスの量、つまり前記仮想消費水素ガスの量及び前記仮想消費空気の量を後記する手順でそれぞれ算出するように構成されている。そして、仮想消費水素ガスが、算出された量で仮想消費水素ガス流路１９ａに流通するように、制御装置１００は、流量計６で流量を検出しつつ、流量調整弁５の開度を制御するようになっている。また、仮想消費空気が、算出された量で仮想消費空気流路１９ｂに流通するように、制御装置１００は、流量計３６で流量を検出しつつ、流量調整弁３５の開度を制御するようになっている。
【００６３】
未反応ガス量算出部１００ｂは、算出された前記仮想消費水素ガスの量に基づいて、前記仮想未反応水素ガスの量を後記する手順で算出するとともに、算出された前記仮想消費空気の量に基づいて、前記仮想未反応空気の量を後記する手順で算出するように構成されている。そして、仮想未反応水素ガスが、算出された量で仮想未反応水素ガス流路２０ａに流通するように、制御装置１００は、流量計９で流量を検出しつつ、圧力調整弁８の開度を制御するようになっている。また、仮想未反応空気が、算出された量で仮想未反応空気流路２０ｂに流通するように、制御装置１００は、流量計３９で流量を検出しつつ、圧力調整弁３８の開度を制御するようになっている。
【００６４】
生成水量算出部１００ｃは、燃料電池８０（図１参照）が発電する際の前記生成水の量に相当する量の仮想生成水を後記する手順で算出するように構成されている。そして、算出した仮想生成水の量に相当する水が仮想未反応水素ガス流路２０ａ及び仮想未反応空気流路２０ｂに投入されるように、制御装置１００は、流量計７１及び流量計８１で流量を検出しつつ、流量調整弁７２及び流量調整弁８２の開度を制御するようになっている。
【００６５】
発生熱量算出部１００ｄは、燃料電池８０（図１参照）が発電する際に生じたとみなした仮想発生熱量を後記する手順で算出するように構成されている。そして、仮想発生熱量に相当する熱量が、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流通する仮想未反応水素ガス及び仮想未反応空気流路２０ｂを流通する仮想未反応空気に加えられるように、制御装置１００は温度調整器１０及び温度調整器４０の発熱量を制御するようになっている。
【００６６】
図４において、伝達熱量算出部１００ｅは、燃料電池８０（図１参照）が発電する際に放出し、または受け取る熱量を後記する手順で算出するように構成されている。そして、この熱量に相当する熱量が、図４に示す冷媒流路９０を流通する冷却水に加えられるように、制御装置１００は温度調整器９６（冷媒温度調整手段）の発熱量を制御するようになっている。
【００６７】
次に、本実施の形態に係る模擬燃料電池の動作について適宜図面を参照しながら説明する。図２に示すように、発電システムＳに燃料電池８０（図１参照）の替わりに模擬燃料電池１２０が組み込まれて、この発電システムＳの調整が行われる際に、制御装置１００は、仮想消費水素ガス流路１９ａを流通する水素ガス、つまり仮想消費水素ガスの流量を決定するとともに、仮想消費空気流路１９ｂを流通する空気、つまり仮想消費空気の流量を決定する。これら仮想消費水素ガス及び仮想消費空気の流量は、この発電システムＳに燃料電池８０（図１参照）が組み込まれていると仮定したときに、この燃料電池８０に発電させる際のその要求電流値に基づいて決定される。
【００６８】
具体的には、制御装置１００の消費ガス量算出部１００ａ（図３参照）が、次式（１）
仮想消費水素ガスの流量（リットル／分（ノルマル））＝０．００６９５×ｎ×Ｉ・・・・・（１）
（ただし、式（１）中、ｎは、燃料電池の単セルの数（個）であり、Ｉは、要求電流値（Ａ）である）
によって仮想消費水素ガスの量を算出するとともに、図３に示す温度センサ２、圧力センサ３及び露点計４で検出した温度、圧力及び露点でこの仮想消費水素ガスの量を補正することによって仮想消費水素ガスの体積を算出し、そして、この算出した体積に基づいて仮想消費水素ガスの流量を決定するようになっている。
【００６９】
また、制御装置１００の消費ガス量算出部１００ａが、次式（２）
仮想消費空気の量＝０．０３４８３×ｎ×Ｉ・・・・・（２）
（ただし、式（２）中、ｎは、燃料電池の単セルの数（個）であり、Ｉは、要求電流値（Ａ）である）
によって仮想消費空気の量を算出するとともに、図３に示す温度センサ３２、圧力センサ３３及び露点計３４で検出した温度、圧力及び露点でこの仮想消費空気の量を補正することによって仮想消費空気の体積を算出し、この算出した体積に基づいて仮想消費空気の流量を決定するようになっている。
【００７０】
そして、制御装置１００は、図３に示すように、この決定した流量で仮想消費水素ガス及び仮想消費空気が仮想消費水素ガス流路１９ａ及び仮想消費空気流路１９ｂを流通するように、流量調整弁５及び流量調整弁３５の開度を制御する。
【００７１】
これら仮想消費水素ガス及び仮想消費空気が模擬燃料電池１２０から排出されると、模擬燃料電池１２０では、あたかも発電によって反応ガス（水素ガス及び空気）が消費されたかのように燃料電池８０が模擬される。
【００７２】
その一方で、仮想未反応水素ガス流路２０ａには、水素ガス流路１８ａに流れ込んだ水素ガスから仮想消費水素ガスの量を差し引いた残余の水素ガスである仮想未反応水素ガスが流通する。そして、仮想未反応空気流路２０ｂには、空気流路１８ｂに流れ込んだ空気から仮想消費空気の量を差し引いた残余の空気である仮想未反応空気が流通する。
【００７３】
この仮想未反応水素ガス流路２０ａでは、流量計９によって仮想未反応水素ガスの流量が検出される。そして、制御装置１００の未反応ガス量算出部１００ｂは、燃料電池８０（図１参照）内で水素ガスが流量計９で検出された前記流量に相当する流量で仮に流通した際の燃料電池８０における圧力損失（ＨＬ）を算出する。この圧力損失（ＨＬ）は、例えば、予め設定された燃料電池８０（図１参照）を流通する水素ガスの流量とそのときの圧力損失との関係を示す式、あるいは燃料電池８０における水素ガスの流量に関連付けられた圧力特性データに基づいて算出される。
【００７４】
次に、制御装置１００は、水素ガス流路１８ａに配設された圧力センサ３で検出された圧力（Ｐ１）と、仮想未反応水素ガス流路２０ａに配設された圧力センサ１５で検出された仮想未反応水素ガスの圧力（Ｐ２）と、算出した前記圧力損失（ＨＬ）とが、次式（３）
圧力（Ｐ２）＝圧力（Ｐ１）−圧力損失（ＨＬ）・・・・・（３）
を満足するように、仮想未反応水素ガス流路２０ａに配設された圧力調整弁８の開度を制御する。その結果、模擬燃料電池１２０では、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流通する仮想未反応水素ガスがあたかも燃料電池８０内を流通しているかのように燃料電池８０が模擬される。
【００７５】
また、仮想未反応空気流路２０ｂでは、流量計３９によって仮想未反応空気の流量が検出される。そして、制御装置１００の未反応ガス量算出部１００ｂは、燃料電池８０（図１参照）内で空気が流量計３９で検出された前記流量に相当する流量で仮に流通した際の燃料電池８０における圧力損失（ＯＬ）を算出する。この圧力損失（ＯＬ）は、例えば、予め設定された燃料電池８０（図１参照）を流通する空気の流量とそのとき圧力損失との関係を示す式、あるいは燃料電池８０における空気の流量に関連付けられた圧力特性データに基づいて算出される。
【００７６】
次に、制御装置１００は、空気流路１８ｂに配設された圧力センサ３３で検出された圧力（Ｐ３）と、仮想未反応空気流路２０ｂに配設された圧力センサ４５で検出された仮想未反応空気の圧力（Ｐ４）と、算出した前記圧力損失（ＯＬ）とが、次式（４）
圧力（Ｐ４）＝圧力（Ｐ３）−圧力損失（ＯＬ）・・・・・（４）
を満足するように、仮想未反応空気流路２０ｂに配設された圧力調整弁３８の開度を制御する。その結果、この模擬燃料電池１２０では、仮想未反応空気流路２０ｂを流通する仮想未反応空気があたかも燃料電池８０内を流通しているかのように燃料電池８０が模擬される。
【００７７】
また、この模擬燃料電池１２０では、制御装置１００の生成水量算出部１００ｃが、カソード８０ｂ（図１参照）側における生成水に相当する仮想生成水の量を算出するとともに、算出した量の仮想生成水が仮想未反応空気流路２０ｂに投入されるように流量調整弁８２の開度を制御する。
【００７８】
カソード８０ｂ（図１参照）側における生成水に相当する仮想生成水（ＣＷ）の量は、次式（５）
仮想生成水（ＣＷ）の量＝空気入口部の水蒸気量+反応生成水の量−空気出口部の水蒸気量・・・・・（５）
で算出される。
【００７９】
ここで、式（５）中、空気入口部の水蒸気量は、図３に示す空気の入口部３１で単位時間当たりに流れる空気に含まれる水蒸気量（ｇ／秒）であり、入口部３１における絶対湿度ｈ１に流量計３９で検出された仮想未反応空気の流量（ｍ3／秒）を乗算することによって求めることができる。なお、絶対湿度ｈ１は、次式（６）
絶対湿度ｈ１（ｇ／ｍ3）＝１０００・ｄ／（１＋Ｒ×Ｔ１）×Ｐｓ／Ｐ５・・・・・（６）
（ただし、式（６）中、Ｔ１は、温度センサ３２で検出された温度（℃）であり、Ｐｓは、露点計３４で求めた飽和水蒸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐ５は、入口部３１における湿り空気全圧（ｋＰａ）であり、ｄは、標準状態の水蒸気密度０．８０４（ｋｇ／ｍ3）であり、Ｒは、水蒸気の膨張係数０．００３６６（１／℃）である）
で算出される。
【００８０】
また、前記式（５）中、空気出口部の水蒸気量は、図３に示す空気の出口部４６で単位時間当たりに流れる空気に含まれる水蒸気量（ｇ／秒）であり、出口部４６における絶対湿度ｈ２に流量計３９で検出された仮想未反応空気の流量を乗算することによって求めることができる。なお、絶対湿度ｈ２は、次式（７）
絶対湿度ｈ２（ｇ／ｍ3）＝１０００・ｄ／（１＋Ｒ×Ｔ２）×Ｐｓ／Ｐ６・・・・・（７）
（ただし、式（７）中、Ｔ２は、温度センサ４４で検出された温度（℃）であり、Ｐｓは、Ｔ２における飽和水蒸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐ６は、出口部４６における湿り空気全圧（ｋＰａ）であり、ｄは、標準状態の水蒸気密度０．８０４（ｋｇ／ｍ3）であり、Ｒは、水蒸気の膨張係数０．００３６６（１／℃）である）
で算出される。
【００８１】
また、前記式（５）中の、反応生成水の量は、水素ガスと空気中の酸素とが反応して生成した水の量であり、燃料電池８０（図１参照）に発電させる際のその要求電流値に基づいて決定され、次式（８）
反応生成水の量（ｇ／秒）＝Ｍ×ｎ×I／（２・Ｆ）・・・・・（８）
（ただし、式（８）中、ｎは、燃料電池の単セルの数（個）であり、Iは、要求電流値（Ａ）であり、Ｆは、ファラデー定数９６４８５（クーロン／モル）であり、Ｍは、水の分子量１８（ｇ／モル）である）
で算出される。
【００８２】
そして、この模擬燃料電池１２０では、制御装置１００の生成水量算出部１００ｃが、図１に示すように、カソード８０ｂからアノード８０ａ側に向けて逆拡散する生成水に相当する仮想生成水の量を算出するとともに、算出した量の仮想生成水が仮想未反応水素ガス流路２０ａに投入されるように流量調整弁７２の開度を制御する。
【００８３】
アノード８０ｂ側に向けて逆拡散する生成水に相当する仮想生成水（ＡＷ）の量は、次式（９）
仮想生成水（ＡＷ）の量＝水素ガス入口部の水蒸気量+アノード側への水の透過量−水素ガス出口部の水蒸気量・・・・・（９）
で算出される。
【００８４】
ここで、式（９）中、水素ガス入口部の水蒸気量は、図３に示す水素の入口部１で単位時間当たりに流れる水素ガスに含まれる水蒸気量（ｇ／秒）であり、入口部１における絶対湿度ｈ３に流量計９で検出された仮想未反応水素ガスの流量（ｍ3／秒）を乗算することによって求めることができる。なお、絶対湿度ｈ３は、次式（１０）
絶対湿度ｈ３（ｇ／ｍ3）＝１０００・ｄ／（１＋Ｒ×Ｔ３）×Ｐｓ／Ｐ７・・・・・（１０）
（ただし、式（１０）中、Ｔ３は、温度センサ２で検出された温度（℃）であり、Ｐｓは、露点計４で求めた飽和水蒸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐ７は、入口部１における湿り空気全圧（ｋＰａ）であり、ｄは、前記式（６）の０．８０４（ｋｇ／ｍ3）を近似的に使用することができ、Ｒは、前記式（６）の０．００３６６（１／℃）を近似的に使用することができる）
で算出される。
【００８５】
また、前記式（９）中、水素ガス出口部の水蒸気量は、図３に示す水素ガスの出口部１６で単位時間当たりに流れる水素ガスに含まれる水蒸気量（ｇ／秒）であり、出口部１６における絶対湿度ｈ４に流量計９で検出された仮想未反応水素ガスの流量を乗算することによって求めることができる。なお、絶対湿度ｈ４は、次式（１１）
絶対湿度ｈ４（ｇ／ｍ3）＝１０００・ｄ／（１＋Ｒ×Ｔ４）×Ｐｓ／Ｐ８・・・・・（１１）
（ただし、式（１１）中、Ｔ４は、温度センサ１４で検出された温度（℃）であり、Ｐｓは、Ｔ４における飽和水蒸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐ８は、出口部１６における湿り空気全圧（ｋＰａ）であり、ｄは、前記式（７）の０．８０４（ｋｇ／ｍ3）を近似的に使用することができ、Ｒは、前記式（７）の０．００３６６（１／℃）を近似的に使用することができる）
で算出される。
【００８６】
また、前記式（９）中の、アノード側への水の透過量は、制御装置１００が、燃料電池の固体高分子電解質膜８０ｃ（図１参照）の材質、反応ガスの温度、反応ガスの湿度及び反応ガスの圧力に応じて予め設定された水の透過量のテーブルやマップを参照することによって求める。
【００８７】
制御装置１００は、その生成水量算出部１００ｃが前記式（５）に基づいて算出した量の前記仮想生成水（ＣＷ）が仮想未反応空気流路２０ｂに投入されるように流量調整弁８２の開度を制御する。また、制御装置１００は、生成水量算出部１００ｃが前記式（９）に基づいて算出した量の前記仮想生成水（ＡＷ）が仮想未反応水素ガス流路２０ａに投入されるように流量調整弁７２の開度を制御する。その結果、この模擬燃料電池１２０では、仮想未反応空気流路２０ｂを流通して空気の出口部４６から排出される仮想未反応空気には、あたかも燃料電池８０内で反応ガス（水素ガス及び空気）が反応して生起したかのように仮想生成水が加えられて燃料電池８０が模擬される。また、この模擬燃料電池１２０では、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流通して水素ガスの出口部１６から排出される仮想未反応水素ガスには、あたかも燃料電池８０内でアノード８０ａに向けて生成水が逆拡散したかのように仮想生成水が加えられて燃料電池８０が模擬される。
【００８８】
加湿器１１及び加湿器４１は、湿潤している固体高分子電解質膜８０ｃ（図１参照）から水素ガス及び空気に移行する水蒸気の量に相当する量の水蒸気を、仮想未反応水素ガス流路２０ａ及び仮想未反応空気流路２０ｂに供給するようになっている。この加湿器１１及び加湿器４１は、特許請求の範囲にいう「仮想未反応ガス加湿手段」に相当する。この水蒸気を発生させるための水は、図３に示すように、貯蔵タンク６３から供給されるようになっており、この水は、送水ポンプ６４及び温度調整器６５を経由して加湿器１１及び加湿器４１のそれぞれに送られるようになっている。そして、加湿器１１においては、仮想未反応水素ガスの出口温度（図３に示す温度センサ１４の検出値）と、前記したマップ等により求めたアノード８０ａ（図１参照）への水の透過量と、仮想未反応水素ガスの流量（図３に示す流量計９の検出値）とにより、出口部１６（図３参照）での露点目標値を算出し、図３に示す露点計１７での検出値が、その露点目標値になるように制御装置１００が送水ポンプ６４や温度調整器６５を制御するようになっている。また、加湿器４１においては、仮想未反応空気の出口温度（図３に示す温度センサ４４の検出値）と、前記式（８）で算出された反応生成水の量と、仮想未反応空気の流量（図３に示す流量計３９の検出値）とにより、出口部４６（図３参照）での露点目標値を算出し、露点計４７（図３参照）での検出値が、その露点目標値になるように制御装置１００が送水ポンプ６４や温度調整器６５を制御するようになっている。
【００８９】
また、この模擬燃料電池１２０では、制御装置１００の発生熱量算出部１００ｄが、燃料電池８０（図１参照）が発電する際に生じたとみなした仮想発生熱量を算出する。そして、制御装置１００は、仮想発生熱量に相当する熱量が、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流通する仮想未反応水素ガス及び仮想未反応空気流路２０ｂを流通する仮想未反応空気に加えられるように、制御装置１００は温度調整器１０及び温度調整器４０の発熱量を制御する。
【００９０】
仮想発生熱量は、次式（１２）
仮想発生熱量＝仮想生成水の凝縮熱＋発電損失・・・・・（１２）
で算出される。
【００９１】
ここで、式（１２）中の、仮想生成水の凝縮熱は、前記式（５）で求めた仮想生成水（ＣＷ）の量、及び前記式（９）で求めた仮想生成水（ＡＷ）の量に水の凝縮熱を乗算して求めることができる。
【００９２】
また、式（１２）中の、発電損失は、燃料電池８０（図１参照）に発電させる際のその要求電流値に基づいて決定され、次式（１３）
発電損失（ｋＷ）＝（理論発電電圧−実際の発電電圧）×Ｉ・・・・・（１３）
（ただし、式（１３）中、Ｉは、要求電流値（Ａ）である）
で算出される。
【００９３】
そして、制御装置１００は、その発生熱量算出部１００ｄが前記式（１２）に基づいて算出した量の前記仮想発生熱量に相当する熱量が、仮想未反応水素ガス流路２０ａを流通する仮想未反応水素ガス及び仮想未反応空気流路２０ｂを流通する仮想未反応空気に加えられるように、温度調整器１０及び温度調整器４０の発熱量を制御する。その結果、仮想未反応水素ガス及び仮想未反応空気には、あたかも燃料電池８０内で反応ガス（水素ガス及び空気）が反応して生起した反応熱（Ｑ）と水の凝縮熱が加えられたかのように仮想発生熱が加えられて燃料電池８０が模擬される。
【００９４】
また、この模擬燃料電池１２０では、図４に示すように、制御装置１００の伝達熱量算出部１００ｅが、燃料電池８０（図１参照）が発電する際に放出し、そして受け取った熱量を収支した熱量を算出する。そして、制御装置１００は、収支した熱量に相当する熱量が、冷媒流路９０を流通する冷却水に加えられるように、温度調整器９６の発熱量を制御する。
【００９５】
まず、制御装置１００は、冷媒供給系統に流通させる冷媒、つまり冷却水の流量を決定する。具体的にいうと、流量計９５によって冷媒供給系統を流通する冷却水の流量が検出される。そして、制御装置１００は、燃料電池８０（図１参照）内で冷却水が流量計９５で検出された前記流量に相当する流量で仮に流通した際の燃料電池８０における圧力損失（ＣＬ）を算出する。この圧力損失（ＣＬ）は、例えば、予め設定された燃料電池８０（図１参照）を流通する冷却水の流量とそのとき圧力損失との関係を示す式、あるいは燃料電池８０における冷却水の流量に関連付けられた圧力特性データに基づいて算出される。
【００９６】
次に、制御装置１００は、冷媒供給系統に配設された圧力センサ９３で検出された圧力（Ｐ５）と、冷媒供給系統に配設された圧力センサ９８で検出された冷却水の圧力（Ｐ６）と、算出した前記圧力損失（ＣＬ）とが、次式（１２）
圧力（Ｐ６）＝圧力（Ｐ５）−圧力損失（ＣＬ）・・・・・（１２）
を満足するように、冷媒供給系統に配設された圧力調整弁９４の開度を制御する。その結果、この模擬燃料電池１２０では、冷媒供給系統を流通する冷却水があたかも燃料電池８０内を冷却水が流通しているかのように燃料電池８０が模擬される。
【００９７】
また、制御装置１００は、このようにして流量が決定された冷却水に、収支した前記熱量に相当する熱量が加えられるように温度調整器９６の発熱量を制御する。
【００９８】
まず、制御装置１００の伝達熱量算出部１００ｅは、冷却水で模擬燃料電池１２０から排出される熱量（ｑ）を算出する。この熱量（ｑ）は、次式（１３）
熱量（ｑ）＝（Ｔ６−Ｔ５）×Ｖ×冷却水の比熱×冷却水の比重・・・・・（１３）
（ただし、式（１３）中、Ｔ５は、温度センサ９２で検出された温度であり、Ｔ６は、温度センサ９７で検出された温度であり、Ｖは、流量計９５で検出された冷却水の流量である）
で算出される。
【００９９】
そして、制御装置１００は、算出した熱量（ｑ）と、図３に示す仮想未反応水素ガス流路２０ａの出口部１６から排出される仮想未反応水素ガスで排出される熱量と、図３に示す仮想未反応空気流路２０ｂの出口部４６から排出される仮想未反応空気で排出される熱量との合計の熱量が、前記式（９）で算出した仮想発生熱量と等しくなるように、温度調整器９６の発熱量を調整する。その結果、この模擬燃料電池１２０（図３参照）では、冷却水にあたかも燃料電池内で冷却水が流通したかのように熱量が加えられて燃料電池８０が模擬される。
【０１００】
以上のような模擬燃料電池１２０（図３参照）によれば、仮想消費水素ガス及び仮想消費空気が模擬燃料電池１２０から排出されると、模擬燃料電池１２０では、あたかも発電によって反応ガス（水素ガス及び空気）が消費されたかのように燃料電池を模擬することができる。
【０１０１】
また、この模擬燃料電池１２０（図３参照）によれば、あたかも燃料電池内を仮想未反応水素ガス及び仮想未反応空気が流通しているかのように燃料電池を模擬することができる。
【０１０２】
また、この模擬燃料電池１２０（図３参照）によれば、あたかも燃料電池内で反応ガス（水素ガス及び空気）が反応して水が生起したかのように仮想生成水を模擬燃料電池１２０に加えて燃料電池を模擬することができる。
【０１０３】
また、この模擬燃料電池１２０（図３参照）によれば、あたかも燃料電池内で反応ガス（水素ガス及び空気）が反応して生起した反応熱（Ｑ）と水の凝縮熱が加えられたかのように仮想発生熱を模擬燃料電池１２０に加えて燃料電池を模擬することができる。
【０１０４】
また、この模擬燃料電池１２０（図４参照）によれば、冷却水に、あたかも燃料電池内で冷却水が流通したかのように熱量を模擬燃料電池１２０に加えて燃料電池を模擬することができる。
【０１０５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態には限定されない。例えば、本発明の模擬燃料電池は、反応ガスのクロスリーク量を模擬するものであってもよい。ここで再び図１を参照すると、燃料電池８０では、アノード８０ａに供給された水素ガスがカソード８０ｂに移行し、カソード８０ｂに供給された空気（Ｏ2）がアノード８０ａに移行する、いわゆるクロスリークが生じる場合が考えられる。そして、このようにリークした水素ガスは、カソード８０ｂ側から燃料電池８０の外部に排出され、リークした空気（Ｏ2）は、アノード８０ａ側から燃料電池８０の外部に排出される。
【０１０６】
図５は、クロスリーク量を模擬する模擬燃料電池の構成説明図である。この模擬燃料電池では、前記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【０１０７】
この模擬燃料電池は、リークした前記空気に相当する空気を仮想未反応水素ガス流路２０ａに供給するリーク空気供給系統と、リークした前記水素ガスに相当する水素ガスを仮想未反応空気流路２０ｂに供給するリーク水素ガス供給系統と、クロスリーク量算出部１００ｆを有する制御装置１００を備えている。このリーク空気供給系統、リーク水素ガス供給系統及びクロスリーク量算出部１００ｆを有する制御装置１００は、特許請求の範囲にいう「クロスリーク投入手段」に相当する。また、この模擬燃料電池は、冷媒供給系統にも水素ガスがリークする場合を考慮して、リークした水素ガスに相当する水素ガスを冷媒供給系統に供給するリーク水素ガス供給系統をさらに備えている。
【０１０８】
リーク空気供給系統には、上流側から下流側に向かって、温度センサ２２、圧力センサ２３、流量計２４及び流量調整弁２５が配設されている。
【０１０９】
仮想未反応空気流路２０ｂにリーク水素ガスを供給するリーク水素ガス供給系統には、上流側から下流側に向かって、温度センサ５２、圧力センサ５３、流量計５４及び流量調整弁５５が配設されている。
【０１１０】
冷媒供給系統にリーク水素ガスを供給するリーク水素ガス供給系統には、上流側から下流側に向かって、温度センサ１１２、圧力センサ１１３、流量計５４及び流量調整弁５５が配設されている。
【０１１１】
制御装置１００は、リーク空気供給系統に配設された流量計２４及び流量調整弁２５、リーク水素ガス供給系統に配設された流量計５４及び流量調整弁５５、並びに冷媒供給系統にリーク水素ガスを供給するリーク水素ガス供給系統に配設された流量計１１４及び流量調整弁１１５と電気的に接続されている。そして、制御装置１００は、流量計２４、流量計５４及び流量計１１４が検出する流量の検出信号を受信するとともに、流量調整弁２５、流量調整弁５５及び流量調整弁１１５の開度を制御するようになっている。
【０１１２】
次に、この模擬燃料電池の動作を説明する。この模擬燃料電池では、燃料電池８０（図１参照）の水素ガス入口部（図示せず）における水素ガスの圧力と、リーク水素ガス供給系統の入口部５１（図５参照）における圧力とが同じになるように、リーク水素ガス供給系統に水素ガスが供給される。そして、リーク水素ガス供給系統に配設された温度センサ５２では、その水素ガスの温度が検出されるとともに、圧力センサ５３では、その水素ガスの圧力が検出される。そして、制御装置１００は、水素ガス供給系統に配設された温度センサ２、圧力センサ３及び露点計４で検出された供給水素ガスの温度、圧力及び露点の少なくとも一つの値と、空気供給系統に配設された温度センサ３２、圧力センサ３３及び露点計３４で検出された供給空気の温度、圧力及び露点の少なくとも一つの値と、固体高分子電解質膜８０ｃ（図１参照）の材質によってリークする水素ガス及び空気の量を予め設定されたマップにより検索するか、あるいは所定の関係式によって算出する。
【０１１３】
リークする水素ガスの量を算出した制御装置１００は、その量で水素ガスがリーク水素ガス供給系統を流れるように流量計５４で検出される水素ガスの流量を検出しつつ、流量調整弁５５の開度を制御する。その結果、この模擬燃料電池では、燃料電池８０でリークする水素ガスの量に相当する水素ガスが仮想未反応空気流路２０ｂに供給されることによって、燃料電池８０が模擬される。
【０１１４】
リークする空気の量を算出した制御装置１００は、その量で空気がリーク空気供給系統を流れるように流量計２４で検出される空気の流量を検出しつつ、流量調整弁２５の開度を制御する。その結果、この模擬燃料電池では、燃料電池８０でリークする空気の量に相当する空気が仮想未反応水素ガス流路２０ａに供給されることによって、燃料電池８０が模擬される。
【０１１５】
また、この模擬燃料電池では、燃料電池８０（図１参照）の水素ガス入口部（図示せず）における水素ガスの圧力と、冷媒供給系統にリーク水素ガスを供給するリーク水素ガス供給系統の入口部１１１（図５参照）における圧力とが同じになるように、このリーク水素ガス供給系統に水素ガスが供給される。そして、リーク水素ガス供給系統に配設された温度センサ１１２では、その水素ガスの温度が検出されるとともに、圧力センサ１１３では、その水素ガスの圧力が検出される。そして、制御装置１００は、水素ガス供給系統に配設された温度センサ２、圧力センサ３及び露点計４で検出された供給水素ガスの温度、圧力及び露点の少なくとも一つの値と、冷媒供給系統に使用される冷媒管の材質によって、リークする水素ガスの量を予め設定されたマップにより検索するか、あるいは所定の関係式によって算出する。
【０１１６】
リークする水素ガスの量を算出した制御装置１００は、その量で水素ガスがリーク水素ガス供給系統を流れるように流量計１１４で検出される水素ガスの流量を監視しつつ、流量調整弁１１５を制御する。その結果、この模擬燃料電池では、燃料電池８０でリークする水素ガスの量に相当する水素ガスが冷媒供給系統に供給されることによって、燃料電池８０が模擬される。
【０１１７】
また、本発明の模擬燃料電池は、図示しないが、冷媒流路９０（図４参照）に対する燃料ガス及び空気を投入するクロスリーク投入手段を備えていてもよい。
【０１１８】
また、本実施の形態では、制御装置１００（図３参照）で模擬燃料電池を制御しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、手動で行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】燃料電池が組み込まれた発電システムの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る模擬燃料電池が組み込まれた発電システムの概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る模擬燃料電池の水素ガス供給系統、空気供給系統及び水供給系統の構成説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る模擬燃料電池の冷媒供給系統の構成説明図である。
【図５】他の実施の形態に係る模擬燃料電池の構成説明図である。
【図６】従来の模擬燃料電池の概略図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０      温度調整器（温度調整手段）
１８ａ    水素ガス流路（反応ガス導入路）
１８ｂ    空気流路（反応ガス導入路）
１９ａ    仮想消費水素ガス流路（仮想消費ガス流路）
１９ｂ    仮想消費空気流路（仮想消費ガス流路）
２０ａ    仮想未反応水素ガス流路（仮想未反応ガス流路）
２０ｂ    仮想未反応空気流路（仮想未反応ガス流路）
２１ａ    生成水流路（生成水投入手段）
２１ｂ    生成水流路（生成水投入手段）
２６ａ    水素ガス分流手段（反応ガス分流手段）
２６ｂ    空気分流手段（反応ガス分流手段）
４０      温度調整器（温度調整手段）
９０      冷媒流路
９６      温度調整器（冷媒温度調節手段）
１００    制御装置
１１０ａ  消費ガス量算出部
１１０ｂ  未反応ガス量算出部
１１０ｃ  生成水量算出部
１１０ｄ  発生熱量算出部
１１０ｅ  伝達熱量算出部
１１０ｆ  クロスリーク量算出部
１２０    模擬燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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